基于單片機(jī)的電橋平衡自調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)

在應(yīng)變式火炮膛壓測(cè)試儀中，直流不平衡電橋測(cè)量電路是測(cè)量火炮膛壓信號(hào)的核心環(huán)節(jié)。由于電阻應(yīng)變計(jì)阻值有一定的偏差，使得電橋在初始時(shí)達(dá)不到平衡，導(dǎo)致測(cè)試儀在沒(méi)有應(yīng)變時(shí)輸出信號(hào)有為負(fù)值的可能性，致使測(cè)試儀所測(cè)得的數(shù)據(jù)無(wú)法以計(jì)算機(jī)數(shù)值校正方法實(shí)現(xiàn)。對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械電位器，手動(dòng)調(diào)節(jié)的方法無(wú)法滿足應(yīng)變式火炮膛壓測(cè)試儀封閉式、小體積的要求。本文設(shè)計(jì)的MSP430F2002單片機(jī)和MAX5402數(shù)字電位器所構(gòu)成的電橋平衡自調(diào)節(jié)電路，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占用空間小、功耗低、可靠性高等特性，完全符合火炮膛壓測(cè)試儀的要求。

1 電橋平衡自調(diào)節(jié)原理
在火炮膛壓測(cè)試儀中，考慮到測(cè)試儀殼體結(jié)構(gòu)的限制以及低功耗的要求，采用的電橋?yàn)?／4直流源電橋。電橋平衡自調(diào)節(jié)電路如圖1所示。

左圖為電橋平衡自調(diào)節(jié)電路工作原理。其中，R1為電阻應(yīng)變計(jì)溫度補(bǔ)償片，R2為電阻應(yīng)變計(jì)工作片，R1=R2=R3=R4=120 Ω，Uo為電橋輸出電壓，Io為恒流源。由電路理論計(jì)算可知：

若R2·R3-R1·R4=0，則電橋保持平衡。測(cè)量中電橋初始輸出值一般不為零，這可能導(dǎo)致傳感器在測(cè)量信號(hào)時(shí)超過(guò)滿量程或者為負(fù)值，使得通過(guò)A／D轉(zhuǎn)換器所獲得的數(shù)據(jù)不可靠。點(diǎn)畫線內(nèi)為電橋平衡調(diào)節(jié)的核心部分，其中O≤n≤1。
右圖為左圖的等效電路。由Y型-△型等效理論可知：

可知，Ra的大小決定了調(diào)節(jié)范圍，Ra越小，調(diào)節(jié)范圍就越大。在常用的120 Ω電阻應(yīng)變計(jì)中，理想的Ra阻值范圍一般為10～15 kΩ。